Электромеханические измерительные приборы
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
°стяжках или подвесе, применяют оптический световой отсчет, а также увеличивают емкость механизма, делая его многокамерным.
Вращающий момент электростатического механизма мал, это не позволяет сделать на его базе вольтметр с пределом измерения меньше 10В.
Собственное электрическое поле электростатических вольтметров незначительное, поэтому на работу приборов сильное влияние оказывают внешние электрические поля. Для уменьшения этого влияния приборы экранируют. Экраном может служить корпус прибора, если он металлический. Если корпус выполнен из пластмассы, то экраном служит металлическая фольга из немагнитного материала или алюминиевая краска, которой покрывается внутренняя поверхность корпуса. Экран соединяется с одним из электродов и заземляется.
На электростатические вольтметры почти не влияют температура, частота и форма кривой приложенного напряжения и внешние магнитные поля.
Собственное потребление мощности вольтметра на переменном токе мало, а при включении в цепь постоянного тока при установившемся режиме равно нулю (с точки зрения входного сопротивления такие вольтметры близки к идеальным).
Перечисленные свойства электростатических вольтметров обусловливают их применение в широком частотном диапазоне в маломощных цепях, а также в цепях высокого напряжения до сотен киловольт.
6. Индукционные измерительные механизмы и приборы
.1 Устройство и принцип действия индукционного измерительного механизма
Принцип действия индукционных измерительных механизмов основан на взаимодействии переменных магнитных потоков электромагнитов и вихревых токов, индуктированных этими магнитными потоками в подвижной части, выполненной обычно в виде алюминиевого диска.
По числу потоков, пересекающих подвижную часть, измерительные механизмы могут быть однопоточными и многопоточными. Наибольшее распространение получили многопоточные механизмы, а именно - двухпоточные (рис. 17).
Переменные токи I1 и I2 протекающие по обмоткам электромагнитов 1 и 2 создают переменные магнитные потоки Ф1 и Ф2, смещенные по фазе на угол ?.
Переменные магнитные потоки Ф1 и Ф2, пересекая диск 3, индуктируют в нем (в соответствии с явлением электромагнитной индукции) э.д.с. Е1 и Е2, отстающие от своих потоков на 90.
Рис. 17 Индукционный двухпоточный измерительный механизм:
а - устройство; б - векторная диаграмма; в - диск со следами потоков и контурами токов
Под действием наведенных э.д.с. в алюминиевом диске появляются вихревые токи I1, 2 и I2, 2.
От взаимодействия вихревого тока I2, 2 с магнитным потоком Ф1 и вихревого тока I1, 2 с магнитным потоком Ф2 создается вращающий момент, действующий на диск.
Можно показать, что значение для вращающего момента определяется выражением:
,(34)
где k - коэффициент, определяемый конструктивными параметрами;
f - частота переменного тока.
Из (34) видно, что вращающий момент достигает своего максимального значения, если сдвиг по фазе между потоками равен 90, и зависит от частоты тока.
.2 Индукционные счетчики электрической энергии
На рис. 18а схематично показано устройство одноэлементного индукционного счетчика, а на рис. 18б приведена упрощенная векторная диаграмма, поясняющая принцип работы счетчика.
Напряжение U, приложенное к обмотке напряжения, создает ток IU, имеющий угол сдвига фаз относительно напряжения U, близкий к 90 из-за большого реактивного сопротивления обмотки. Ток IU создает магнитный поток Ф в среднем стержне магнитопровода 1 (рис. 18а). Поток Ф делится на два потока: ФU и ФL. Рабочий поток ФU пересекает диск 3 и замыкается через противополюс 4. Нерабочий поток ФL замыкается через боковые стержни магнитопровода 1 и непосредственного участия в создании вращающего момента не принимает. Потоки ФU и ФL отстают от тока IU на углы потерь ?U и ?L. Угол ?U > ?L, так как поток пересекает диск 3 и проходит через противополюс 4, в котором возникают дополнительные потери.
Рис. 18а. Одноэлементный индукционный счетчик:
- трехстержневой магнитопровод с обмоткой цепи напряжения; 2 - двухстержневой магнитопровод с двумя последовательно соединенными токовыми обмотками; 3 - алюминиевый диск; 4 - противополюс из магнитомягкого материала; 5 - поводокиз магнитомягкого материала; 6 - постоянный магнит; 7 - короткозамкнутые витки; 8 - обмотка; 9 - счетный механизм; 10 и 11 - крючок и пластина с флажком из магнитомягкого материала
Рис. 18б. Векторная диаграмма индукционного счетчика
Ток I создает в магнитопроводе 2 магнитный поток ФI, который дважды пересекает диск 3 и проходит через нижнюю часть среднего стержня магнитопровода 1. Поток ФI отстает от тока I на угол ?I. Таким образом, диск пересекает два не совпадающих в пространстве и имеющих фазовый сдвиг потока ФU и ФI. Возникающие при этом в диске вихревые токи, взаимодействуя с потоками, создают вращающий момент, и (34) в рассматриваемом случае принимает вид
(35)
При работе на линейном участке кривой намагничивания материалов магнитопроводов имеем
и ,
где ZU - полное сопротивление цепи напряжения.
Учитывая, что реактивное сопротивление цепи напряжения много больше активного, можно считать
где LU-индуктивность обмотки напряжения. Тогда
где
Подставив значения ФU и ФI в (35), получим
(36)
Анализируя (36), нетрудно видеть, что вращающи